Charged Lepton Flavour Violation

Oggi vorrei mettere da parte UFO, complotti, scie chimiche, fine del mondo, ecc., per tornare a parlare di scienza pura. Lo vorrei fare con questo articolo spceifico, per trattare nuovamente lo stato attuale della ricerca e mostrarvi quali sono i settori più “caldi” e più promettenti nel panorama della fisica delle alte energie.

Per prima cosa, in diversi articoli abbiamo parlato di modello standard:

– Dafne e KLOE: alta energia in Italia

– E parliamo di questo Big Bang

– Universo: foto da piccolo

– Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

– Il primo vagito dell’universo

– L’espansione metrica dell’universo

Come abbiamo visto, il Modello Standard è quella teoria che oggi abbiamo definito e che consente di prevedere molte delle proprietà che osserviamo per le particelle. Vi ricordo che in fisica parliamo sempre di modello proprio per indicare un qualcosa in grado di prevedere le proprietà sperimentali.

Anche se poco conosciuto ai non addetti ai lavori, il Modello Standard è stato molto citato parlando del Bosone di Higgs. Come tutti sanno, il nostro modello, che ha resistito per decenni, presenta una particolare mancanza: non è in grado di prevedere l’esistenza della massa delle particelle. Come correggere questa grave imprecisione? Che le particelle abbiano massa è noto a tutti e facilmente dimostrabile anche guardando la materia che ci circonda. Bene, per poter correggere questo “errore” è possibile inserire quello che è noto come Meccanismo di Higgs, una correzione matematica che consente al modello standard di poter prevedere l’esistenza della massa. Bene, dunque ora è tutto OK? Assolutamente no, affinché il meccanismo di Higgs possa essere inserito è necessario che sia presente quello che viene chiamato un Campo di Higgs e, soprattutto, un bosone intermedio che, neanche a dirlo, si chiama Bosone di Higgs.

Capite dunque perchè la scoperta sperimentale del Bosone di Higgs è così importante?

Del bosone di Higgs, di LHC e delle sue conseguenze abbiamo parlato in questi articoli:

– Bosone di Higgs … ma cosa sarebbe?

– L’universo è stabile, instabile o meta-stabile?

– Hawking e la fine del mondo

– 2012, fine del mondo e LHC

A questo punto si potrebbe pensare di aver raggiunto il traguardo finale e di aver compreso tutto. Purtroppo, o per fortuna a seconda dei punti di vista, questo non è assolutamente vero.

Perchè?

Come è noto a tutti, esistono alcuni problemi aperti nel campo della fisica e su cui si discute già da moltissimi anni, primo tra tutti quello della materia oscura. Il nostro amato Modello Standard non prevede assolutamente l’esistenza della materia oscura di cui abbiamo moltissime verifiche indirette. Solo per completezza, e senza ripetermi, vi ricordo che di materia e energia oscura abbiamo parlato in questi post:

– La materia oscura

– Materia oscura intorno alla Terra?

– Flusso oscuro e grandi attrattori

– Troppa antimateria nello spazio

– Due parole sull’antimateria

– Antimateria sulla notra testa!

L’esistenza della materia oscura, insieme ad altri problemi poco noti al grande pubblico, spingono i fisici a cercare quelli che vengono chiamati Segnali di Nuova Fisica, cioè decadimenti particolari, molto rari, in cui si possa evidenziare l’esistenza di particelle finora sconosciute e non contemplate nel modello standard delle particelle.

Per essere precisi, esistono moltissime teorie “oltre il modello standard” e di alcune di queste avrete già sentito parlare. La più nota è senza ombra di dubbio la Supersimmetria, o SuSy, teoria che prevede l’esistenza di una superparticella per ogni particella del modello standard. Secondo alcuni, proprio le superparticelle, che lasciatemi dire a dispetto del nome, e per non impressionarvi, non hanno alcun super potere, potrebbero essere le componenti principali della materia oscura.

Prima importante riflessione, la ricerca in fisica delle alte energie è tutt’altro che ad un punto morto. La scoperta, da confermare come detto negli articoli precedenti, del Bosone di Higgs rappresenta un importante tassello per la nostra comprensione dell’universo ma siamo ancora molto lontani, e forse mai ci arriveremo, dalla formulazione di una “teoria del tutto”.

Detto questo, quali sono le ricerche possibii per cercare di scoprire se esiste veramente una fisica oltre il modelo Standard delle particelle?

Detto molto semplicemente, si studiano alcuni fenomeni molto rari, cioè con bassa probabilità di avvenire, e si cerca di misurare una discrepanza significativa da quanto atteso dalle teorie tradizionali. Cosa significa? Come sapete, le particelle hanno una vita molto breve prima di decadere in qualcos’altro. I modi di decadimento di una data particella possono essere molteplici e non tutti avvengono con la stessa probabilità. Vi possono essere “canali”, cioè modi, di decadimento estremamente più rari di altri. Bene, alcuni di questi possono essere “viziati” dall’esistenza di particelle non convenzionali in grado di amplificare questo effetto o, addirittura, rendere possibili modi di decadimento non previsti dalla teoria convenzionale.

L’obiettivo della fisica delle alte energie è dunque quello di misurare con precisione estrema alcuni canali rari o impossibili, al fine di evidenziare segnali di nuova fisica.

Ovviamente, anche in questo caso, LHC rappresenta un’opportunità molto importante per questo tipo di ricerche. Un collisore di questo tipo, grazie alla enorme quantità di particelle prodotte, consente di poter misurare con precisione moltissimi parametri. Detto in altri termini, se volete misurare qualcosa di molto raro, dovete prima di tutto disporre di un campione di eventi molto abbondante dove provare a trovare quello che state cercando.

Un esempio concreto, di cui abbiamo parlato in questo post, è l’esperimento LhCB del CERN:

– Ancora sullo squilibrio tra materia e antimateria

Una delle ricerche in corso ad LhCB è la misura del decadimento del Bs in una coppia di muoni. Niente paura, non voglio tediarvi con una noiosa spiegazione di fisica delle alte energie. Il Bs è un mesone composto da due quark e secondo il modello standard può decadere in una coppia di muoni con una certa probabilità, estremamente bassa. Eventuali discordanze tra la probabilità misurata di decadimento del Bs in due muoni e quella prevista dal modello standard potrebbe essere un chiaro segnale di nuova fisica, cioè di qualcosa oltre il modello standard in grado di modificare queste proprietà.

Misurare la probabilità di questo decadimento è qualcosa di estremamente difficile. Se da un lato avete una particella che decade in due muoni facilmente riconoscibili, identificare questo decadimento in mezzo a un mare di altre particelle è assai arduo e ha impegnato moltissimi fisici per diverso tempo.

Purtroppo, o per fortuna anche qui, gli ultimi risultati portati da LhCB, anche in collaborazione con CMS, hanno mostrato una probabilità di decadimento paragonabile a quella attesa dal modello standard. Questo però non esclude ancora nulla dal momento che con i nuovi dati di LHC sarà possibile aumentare ancora di più la precisione della misura e continuare a cercare effetti non previsti dalla teoria.

Tra gli altri esperimenti in corso in questa direzione, vorrei poi parlarvi di quelli per la ricerca della “violazione del numero Leptonico”. Perdonatemi il campanilismo, ma vi parlo di questi semplicemente perchè proprio a questo settore è dedicata una mia parte significativa di ricerca.

Cerchiamo di andare con ordine, mantenendo sempre un profilo molto divulgativo.

Come visto negli articoli precedenti, nel nostro modello standard, oltre ai bosoni intermedi, abbiamo una serie di particelle elementari divise in quark e leptoni. Tra questi ultimi troviamo: elettrone, muone, tau e i corrispondendi neutrini. Bene, come sapete esistono delle proprietà in fisica che devono conservarsi durante i decadimenti di cui abbiamo parlato prima. Per farvi un esempio noto a tutti, in un decadimento dobbiamo mantenere la carica elettrica delle particelle, se ho una particella carica positiva che decade in qualcosa, questo qualcosa deve avere, al netto, una carica positiva. La stessa cosa avviene per il numero leptonico, cioè per quella che possiamo definire come un’etichetta per ciascun leptone. In tal caso, ad esempio, un elettrone non può decadere in un muone perchè sarebbe violato, appunto, il numero leptonico.

Facciamo un respiro e manteniamo la calma, la parte più tecnica è già conclusa. Abbiamo capito che un decadimento in cui un leptone di un certo tipo, muone, elettrone o tau, si converte in un altro non è possibile. Avete già capito dove voglio andare a finire? Se questi decadimenti non sono possibili per la teoria attuale, andiamo a cercarli per verificare se esistono influenze da qualcosa non ancora contemplato.

In realtà, anche in questo caso, questi decadimenti non sono del tutto impossibili, ma sono, come per il Bs in due muoni, fortemente soppressi. Per farvi un esempio, l’esperimento Opera dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, misura proprio l’oscillazione dei neutrini cioè la conversione di un neutrino di un certo tipo in un altro. Ovviamente, appartendendo alla famiglia dei leptoni, anche i neutrini hanno un numero leptonico e una loro trasformazione da un tipo all’altro rappresenta una violazione del numero leptonico, quella che si chiama Neutral Lepton Flavour Violation. Per la precisione, questi decadimenti sono possibili dal momento che, anche se estremamente piccola, i neutrini hanno una massa.

Bene, la ricerca della violazione del numero Leptonico in particelle cariche, è uno dei filoni più promettenti della ricerca. In questo settore, troviamo due esperimenti principali che, con modalità diverse, hanno ricercato o ricercheranno questi eventi, MEG a Zurigo a Mu2e a Chicago.

Mentre MEG ha già raccolto molti dati, Mu2e entrerà in funzione a partire dal 2019. Come funzionano questi esperimenti? Detto molto semplicemente, si cercano eventi di conversione tra leptoni, eventi molto rari e dominati da tantissimi fondi, cioè segnali di dcadimenti più probabili che possono confondersi con il segnale cercato.

Secondo il modello standard, questi processi sono, come già discusso, fortemente soppressi cioè hanno una probabilità di avvenire molto bassa. Una misura della probabilità di decadimemto maggiore di quella attesa, sarebbe un chiaro segnale di nuova fisica. Detto questo, capite bene perchè si parla di questi esperimenti come probabili misure da nobel qualora i risultati fossero diversi da quelli attesi.

L’esperimento MEG ha già preso moltissimi dati ma, ad oggi, ha misurato valori ancora in linea con la teoria. Questo perchè la risoluzione dell’esperimento potrebbe non essere sufficiente per evidenziare segnali di nuova fisica.

A livelo tecnico, MEG e Mu2e cercano lo stesso effetto ma sfruttando canali di decadimento diverso. Mentre MEG, come il nome stesso suggerisce, cerca un decadimento di muone in elettrone più fotone, Mu2e cerca la conversione di muone in elettrone senza fotone ma nel campo di un nucleo.

Ad oggi, è in corso un lavoro molto specifico per la definizione dell’esperimento Mu2e e per la scelta finale dei rivelatori da utilizzare. Il gruppo italiano, di cui faccio parte, è impegnato in uno di questi rivelatori che prevede la costruzione di un calorimetro a cristallo che, speriamo, dovrebbe raggiungere risoluzioni molto spinte ed in grado di evidenziare, qualora presenti, eventuali segnali di nuova fisica.

Concludnedo, la ricerca nella fisica delle alte energie è tutt’altro che morta ed è sempre attiva su molti fronti. Come detto, molti sforzi sono attualmente in atto per la ricerca di segnali di nuova fisica o, come noi stessi li abbiamo definiti, oltre il modello standard. Detto questo, non resta che attendere i prossimi risultati per capire cosa dobbiamo aspettarci e, soprattutto, per capire quanto ancora poco conosciamo del mondo dell’infinitamente piccolo che però regola il nostro stesso universo.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Pesce remo: come distorcere una notizia

Su questo blog in genere partiamo da notizie fantasiose per poi mostrare come queste debbano essere correttamente interpretate senza lasciare spazio a fantasie. Questo tipo di approccio e’ utile, non perche’ noi dobbiamo insegnare qualcosa a qualcuno, ma solo perche’ in questo modo si riescono ad evidenziare le varie bufale che compaiono sul web e che, purtroppo, negli ultimi tempi, o meglio a partire dal 21/12/2012, spuntano come funghi ogni giorno.

Questa volta pero’, vorrei utilizzare un approccio diverso. Questo non per fare un qualche esperimento sociale, bensi’ perche’ proprio oggi leggevo una notizia molto interessante e poi, cercando approfondimenti su web, sono incappato in una serie di articoli fantastici sullo stesso argomento. Attenzione, onde evitare fraintendimenti, fantastici non e’ un complimento ma e’ utilizzato proprio letteralmente per indicare il frutto della fantasia di chi ha pubblicato queste notizie.

Cominciamo dai fatti.

Come ricorderete, qualche tempo fa avevamo parlato del ritrovamento di un “re di aringhe”, anche detto “pesce remo”, sulle spiaggie di Almeria:

– Incredibile mostro marino ritrovato in Spagna!

Come potete leggere nell’articolo, anche se diverse fonti parlavano di misterioso e spaventoso mostro marino, i resti trovati appartenevano ad una specie marina perfettamente conosciuta, appunto quella del pesce remo o “regaleco”.

Premesso questo, qual e’ la notizia?

Circa una settimana fa, un esemplare di pesce remo e’ stato rinvenuto a Catalina Island in California. Si tratta di un bell’esemplare di 5.5 metri di lunghezza che e’ stato avvistato da una ragazza poco al largo, gia’ morto, e, grazie all’aiuto di una quindicina di persone, il corpo e’ stato portato a riva.

Pesce remo ritrovato in California

Qui, come e’ ovvio vista la scarsa conoscenza della specie e l’importanza del ritrovamento, il pesce e’ stato sezionato e portato in laboratorio. Analisi specifiche hanno mostrato come il pesce sia morto di morte naturale.

Bene, poi cosa e’ successo?

Oggi invece i giornali hanno battuto la notizia del ritrovamento di un secondo pesce remo, sempre in California, ma questa volta a Oceanside. Il secondo regaleco trovato ha una lunghezza leggermente inferiore al primo e non supera i 4.5 metri. Piccola nota, come visto nell’articolo precedente, queste specie possono raggiungere anche gli 11 metri di lunghezza, per cui i due esemplari trovati, per quanto impressionanti, non costituiscono certo qualcosa fuori scala o che non si conosceva.

Ovviamente, e’ un evento molto raro trovare due esemplari morti vicini alla costa dal momento che i ritrovamenti di questi pesci non sono cosi’ frequenti. Perche’ questo? Come potete immaginare, anche i pesci remo muoiono, ma, vista la struttura gelatinosa della carne, e’ molto difficile che i corpi arrivino a terra interi. Su questo avevamo riflettuto anche nel precedente articolo riguardo il ritrovamento in spagna.

Non c’e’ che dire, notizia interessante e davvero curiosa.

Cosa succede invece dal lato catastrofista/complottista?

Al solito, qui raggiungiamo livelli di fantasia da far impallidire chiunque.

Non vorrei specificare singolarmente i siti, anche solo per non fare pubblicita’ a fonti di questo tipo, ma basta cercare su web per verificare che quello che dico e’ reale.

Prima cosa, scontata se vogliamo, trovati ben 2 mostri in California, con tanto di foto, di cui la scienza e la biologia non riescono a dare una spiegazione. Ovviamente, si parla di misteriose creature mai viste prima, ignorate o che forse vengono da un passato molto lontano.

Questa ovviamente e’ l’ipotesi piu’ scontata che si potrebbe fare, ma andiamo avanti.

Da altre fonti, i pesci ritrovati sono diventati 3, mentre secondo altri sono 2 pesci e un’altra specie misteriosa. Ma qui si sa, sui numeri anche i giornalisti di professione fanno a gara a chi la spara piu’ grossa.

Altri siti affermano invece che si tratta di pesci remo. A detta loro pero’, e’ impossibile trovare questi pesci a riva perche’ normalmente vivono a piu’ di 3000 metri di profondita’.

Affermazione ignorante e assurda. Per smentirla basta fare un giretto si wikipedia, la quale riporta:

Senza dubbio è una specie abissale (300-1000 m di profondità), ma è possibile individuarlo presso la superficie e vicino alle coste.

300-1000 metri e’ molto diverso da 3000 e inoltre, come si legge, e’ possibile trovarlo anche in superficie e vicino alle coste. Sempre su wikipedia troviamo anche:

Qualche volta il regaleco si trova spiaggiato ma, a causa della sua fragilità, raramente integro.

Che curiosa coincidenza, proprio quello che abbiamo affermato poco piu’ sopra.

Capite bene che anche queste affermazioni sono una balla.

Ci sono poi dei siti che davvero si superano. Sapete cosa sarebbero i misteriosi mostri ritrovati? Specie non conosciute? No, troppo poco. Specie antiche? No, di piu’. Cosa sono? Mutazioni genetiche di altri pesci. Come sarebbero avvenute queste mutazioni? Semplice, siamo in California, siamo sull’oceano Pacifico, dunque le mutazioni sarebbero avvenute a causa di acqua contaminata proveniente dalla centrale di Fukushima!

Ora, non voglio entrare nella discussione dell’incidente nucleare giapponese, dal momento che, fuori dal Giappone, forse pochi sanno la reale situazione. Vi faccio pero’ riflettere su una cosa, secondo voi, arriva un po’ di acqua contaminata dal Giappone, con che concentrazione arriva? Praticamente zero. Ma se anche arrivasse, e’ assurdo pensare che un pesce nuota in un po’ di acqua contaminata e a causa di questa muta all’istante trasformandosi in una specie di serpente marino. Non ci siamo proprio, eppure siti internet provano a farci digerire questa informazione.

Pensate sia finita qua? Assolutamente no. Altri siti hanno trovato uan diversa spiegazione ai due ritrovamenti. Si tratta di pesci remo e questo e’ ok. Perche’ si sono spiaggiati? Premesso, come visto, che non sono spiaggiati ma, il primo sicuramente, era gia’ morto, i due pesci sarebbero morti a causa di un violento terremoto che dovrebbe colpire la California nei prossimi giorni.

Aspettate un attimo, sta per arrivare un forte terremoto in California e quindi muiono i pesci? Come e’ possibile? Forse, i pesci possono avvertire prima il terremoto in arrivo e sono morti di paura?

L’assurdita’ di certe notizie mi lascia davvero perplesso.

Concludendo, e’ ovviamente un fatto molto raro quello di aver ritrovato due esemlari morti di pesci remo “interi” vicino alla riva in California. Nonostante si possa parlare di ritrovamento raro, la cosa puo’ essere compresa confrontandoci con quello che sappiamo circa la specie. Ora, pero’, tutta la speculazione in atto su questi fatti e’ davvero assurda e priva di fondamento. Con un approccio diverso rispetto al solito, abbiamo visto quanta distorsione, o meglio, in alcuni casi, proprio invenzione, c’e’ dietro una notizia che leggete sulla rete. Fate sempre attenzione a quello che leggete. Prendete tutto con le pinze e cercate sempre di analizzare i fatti in modo autonomo e confrontando sempre diverse fonti.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.